NGHIÊN CỨU VỀ QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG MẠNG LTE

NGHIÊN CỨU VỀ QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG MẠNG LTE Chương 1: Tổng quan về công nghệ LTE Chương 2: Tìm hiểu về khả năng quản lý tính di động của mạng GSMGPRS, WCDMA UMTS. Chương 3: Quản lý tính di động trong mạng LTE Với xu hướng phát triển như hiện nay, chúng ta tin rằng trong tương lai không xa thông tin di động sẽ đóng một vai trò quan trọng hơn nữa trong đời sống hàng ngày.

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG NGUYỄN QUANG HUY NGHIÊN CỨU VỀ QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG MẠNG LTE Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông Mã số: 60.52.02.08 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2014 Luận văn được hoàn thành tại: HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN PHẠM ANH DŨNG Phản biện 1: ………………………………………………… Phản biện 2: ………………………………………………… Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông. Vào lúc:… …giờ… ….ngày… … tháng … ….năm……… Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông 1 LỜI NÓI ĐẦU Với xu hướng phát triển như hiện nay, chúng ta tin rằng trong tương lai không xa thông tin di động sẽ đóng một vai trò quan trọng hơn nữa trong đời sống hàng ngày. Chính vì lý do này, thế hệ thông tin di động mới, thế hệ 4G, cần phải có những tính năng vượt trội hơn so với khả năng của các mạng hiện tại. Di động đem lại các lợi ích rõ ràng cho các người sử dụng đầu cuối: Các dịch vụ trễ thấp như các kết nối thoại và video theo thời gian thực có thể được duy trì ngay cả khi di chuyển trên các tàu điện tốc độ cao. Tất nhiên di động cũng phải trả giá bằng mức độ phức tạp của mạng các giải thuật mạng và quản lý mạng trở nên phức tạp. Mục tiêu của mạng LTE đảm bảo được tính di động liền mạch trong khi vẫn duy trì khả năng quản lý mạng đơn giản. Xuất phát từ khả năng đó của mạng LTE em chọn đề tài: Nghiên cứu về quản lý di động trong mạng LTE. Về nội dung, luận văn được chia làm 3 chương: Chương 1: Tổng quan về công nghệ LTE Chương 2: Tìm hiểu về khả năng quản lý tính di động của mạng GSM/GPRS, WCDMA UMTS. Chương 3: Quản lý tính di động trong mạng LTE 2 CHƯƠNG I - TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LTE 1.1 Giới Thiệu Chung Về Công Nghệ LTE LTE (Long Term Evolution: phát triển dài hạn) là thế hệ thứ tư tương lai của chuẩn UMTS do 3GPP phát triển. UMTS thế hệ thứ ba dựa trên WCDMA đã được triển khai trên toàn thế giới. 3GPP đặt ra yêu cầu cao cho LTE, bao gồm giảm chi phí cho mỗi bit thông tin, cung cấp dịch vụ tốt hơn, sử dụng linh hoạt các băng tần hiện có và băng tần mới, đơn giản hóa kiến trúc mạng với các giao tiếp mở và giảm đáng kể năng lượng tiêu thụ ở thiết bị đầu cuối. 1.2 Các Đặc Điểm Của Công Nghệ LTE Các mục tiêu thiết kế chính của công nghệ LTE là: - Hệ thống phải hỗ trợ tốc độ đỉnh đường xuống là 100Mbps và đường lên là 50Mpbs trong băng thông 20MHz. - Tại điểm 5% CDF (xác suất 5% mất thông tin), thông lượng trung bình của người sử dụng trên 1MHz gấp 2 đến 3 lần R6 HSPA - Hiệu suất phổ tần đường xuống gấp 3 đến 5 lần R6 HSPA và đường lên gấp 2 đến 3 lần R6 HSPA trong mạng có tải - Hoạt động tối ưu với tốc độ di chuyển của thuê bao là 0 – 15 km/h. Vẫn hoạt động tốt với tốc độ từ 15 – 120 km/h. Vẫn duy trì được hoạt động khi thuê bao di chuyển với tốc độ từ 120 – 350 km/h. Các công nghệ quan trọng nhất trong mạng truy nhập vô tuyến của LTE là OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex), ấn định tài nguyên động đa kích thước (thời gian, tần số) và thích ứng đường truyền, truyền dẫn MIMO (Multiple Input Multiple Output), mã hóa turbo và HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request) với kết hợp mềm. 3 CHƯƠNG 2 - TÌM HIỂU VỀ KHẢ NĂNG QUẢN LÝ DI ĐỘNG CỦA MẠNG GSM/GPRS, WCDMA UMTS 2.1 Các vấn đề chung về quản lý tính di động Sau khi nhập mạng UE có thể nằm trong hai trạng thái: RRC_IDLE và chế độ RRC_CONNECTED. Trong trang thái thứ nhất mạng chỉ biết UE tại mức LA/RA (Location Area/ Routing Area: vùng định vị/ vùng định tuyến) trong chế độ thứ hai mạng biết được vị trí UE tại mức ô. Di động trong chế độ thứ nhất được thực hiện bằng cách UE chọn lại ô (Cell Reselection). Trong chế độ thứ hai mạng biết được vị trí của UE tại mức ô và URA. Nếu UE trong trạng thái CELL_DCH, di động sẽ được thực hiện bằng cách chuyển giao mềm (thay đổi tập tích cực) hoặc chuyển giao cứng do mạng điều khiển. Trong chế độ CELL_FACH /PCH /URA_PCH, di động sẽ được thực hiện bằng cách chọn lại ô. để đưa ra quyết định chọn ô, chọn lại ô và chuyển giao, UE phải thực hiện đo. 2.2 Quản lý tính di động trong GSM 2.2.1 Đo MS phải luôn luốn thực hiện đo. Bình thường khi không có cuộc gọi, MS phải đo cường độ tín hiệu cũng như chất lượng tín hiệu từ các BTS lân cận để chọn lại ô. Các MS phải báo các kết quả đo BTS phục vụ và các BTS lân cận (tới 6 tế bào) ít nhất là một lần trong một giây. Báo cáo được thực hiện ở tốc độ ít nhất 130bit/s ở các kênh SACCH. 2.2.2 Điểu khiển công suất và TA (Timing Advance)  Điều khiển công suất 4 Điều khiển công suất để giảm nhiễu và tăng thời gian làm việc của accqui (pin) trong MS.  TA (Định trước thời gian) GSM sử dụng sơ đồ đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDM), vì thế BTS phải thu các tín hiệu từ các MS ở gần. Đối với các MS ở xa, do trễ truyền sóng các cụm số liệu được phát đi tù các khe thời gian phát đi từ MS tại các vị trí khác nhau trong ô có thể bị trễ khác nhau nên chúng có thể chồng lấn lên nhau. Để tránh được điều này cần định thời trước thời gian (Timing Advance) sao cho các MS ở xa BTS phát sớm hơn các MS ở gần BTS. 2.2.3 Chọn ô (Cell Selection) và chọn lại ô (Cell Reslection) Chọn ô được thực hiện khi MS lần đầu đăng ký với mạng (bật nguồn hoặc chuyển mạng). Chọn lại ô là quá trình mà trong đó MS chọn một ô mới để giám sát khi nó đăng ký với mạng và đã ở trong một ô. Cần lưu ý rằng chọn ô và chọn lại ô do MS tự thực hiện mà không có sự điều kiển của mạng. Mạng chỉ thực hiện điều này khi MS đã có kênh TCH. Khi MS chọn một ô mới, nó không thông báo với mạng trừ khi ô mới này thuộc một LA (vùng định vị) mới. 2.2.4 Chuyển Giao Chuyển giao là quá trình xảy ra khi MS đang có cuộc gọi hoặc đang tiến hành cuộc gọi ở một kênh lưu lượng hoặc kênh riêng trong đó lưu lượng cần chuyển sang một kênh khác. Định tuyến khi xảy ra chuyển giao giữa các ô được phân loại như sau: - Chuyển giao trong BSC - chuyển giao giữa hai BSC cùng thuộc một MSC 5 - Chuyển giao giữa hai BSC thuộc hai MSC lần thứ nhất - Chuyển giao giữa hai BSC thuộc hai MSC lần thứ hai 2.3 Quản lý tính di động trong mạng WCDMA UMTS 2.3.1 Các trạng thái của UE Máy trạng thái RRC của UE có hai chế độ: chế độ rỗi (IDLE) và chế độ kết nối (CONNECTED) Trong chế độ kết nối. UE có bốn trạng thái. Cell_DCH là trạng thái được sử dụng khi truyền dẫn số liệu từ/đến UE tích cự trên kênh DCH. CELL_FACH, UE không được ấn định DCH, nhưng các kênh RACH và FACH được sử dụng để chuyền báo hiệu và các khối nhỏ số liệu trong mặt phẳng người sử dụng. CELL_PCH, SRNC vẫn biết được vị trí UE tại mức ô, nhưng để đạt đến UE mạng phải tìm gọi. URA_PCH rất giống với CELL_PCH, ngoại trừ việc UE không thực hiện thủ tục cập nhập ô sau khi chọn lại ô mà đọc BCH xem URA (UTRAN Registration Area: vùng đăng ký UTRAN) có thay đổi hay không. 2.3.2 Quản lý di động và đo của UE Trong 3G WCDMA có các kiểu chọn ô, chọn lại ô và chuyển giao như sau:  Trong cùng một tần số.  Giữa các tần số.  Giữa các RAT (Radio Access Technology: công nghệ truy nhập vô tuyến)  Giữa các chế độ truy nhập khác nhau: giữa FDD và TDD. 6  Chuyển giao mềm, mềm hơn.  Chuyển giao cứng. 2.3.3 Quản lý di động trong chế độ RRC-IDLE 2.3.3.1 Chọn ô (Cell Selection) và chọn lại ô (Cell Reselection) UE chọn một ô phù hợp của PLMN (mạng thông tin đi động) được chọn dựa trên các kết quả đo. Thủ tục này thường được gọi là chọn ô (Cell Selection). Nếu UE có thể tìm thấy một ô là ứng cử tốt nhất để chọn lại (Cell Reselection theo tiêu chuẩn chọn lại, nó chọn lai ô này và cắm trại tai ô này sau đó lại kiểm tra xem ô này có thể phù hợp cho cắm trại hay không).  Chọn ô (Cell Selection) Tiêu chuẩn chọn lại ô dựa trên các thông số S rxlev >0 và S qual >0 theo các phương trình sau: S rxlev = Q rxlevmeas – Q rxlevmin – P conpensation S qual = Q qualmeas – Q qualmin Trong đó Q rxlevmeas [dBm] là CPICH RSCP được đo bởi UE Q qualmeas [dB] là được đo bởi UE Được thông báo bởi kênh BCH (-18dB) P conpensation = max (P EMAX – P UMAX ,0), P EMAX là giá trị công suất cực đại đo bằng dBm mà UE được phép sử dụng trong ô (24dBm), P UMAX [dBm] là công suất pháp cực đại của UE được quy định theo thể loại UE. P EMAX được định nghĩa bởi lớp cao hơn và được thông báo bởi kênh BCH  Chọn lại ô (Cell Reselection) 7 Chọn lại ô xảy ra khi E/UE đang cắm trại bình thường tại một ô nhưng phát hiện một ô mới tốt hơn. Để chọn lại ô, các ô để cắm trại được phân hạng theo tiêu chí R: R s = Q meas,s + Q hyst,s R n = Q meas,s - Q ofset,s/n Trong đó: - Q meas có thể là CPICH RSCP [dBm] hoặc E c /I o [dB] - Q hyst là trễ công suất hoặc trễ chất lượng cho ô đang phục vụ [dBm/dB] - s là ô đang phục vụ - n là ô lân cận - Q 1,hyst,s dựa trên CPICH RSCP - Q 2,hyst,s dựa trên CPICH E c /I 0 - Q 1,ofset,s/n dựa trên CPICH RSCP - Q 2,ofset,s/n dựa trên CPICH E c /I 0 T reselection trễ chọn lại ô: UE chỉ chọn lại một ô khi ô này có cấp hạng tốt hơn ô đang phục vụ trong khoảng thời gian T reselection . Tiêu chuẩn của chọn lại ô phải đạt được tiêu chí S và hạng của ô lân cận phải cao hơn hạng của ô đang phục vụ và các ô khác sau một khoảng thời gian trễ chọn lại ô T reselection : S n > 0 Q n > Q s + Q ofset,s/n + Q hyst,s T ≥ T reselection S n là tiêu chí chọn ô Q n và Q s là CPICH RSCP hoặc E c /I 0 của ô đang phục vụ. S n > 0 8 Q n > Q s + Q ofset,s/n + Q hyst,s T ≥ T reselection S n là tiêu chí chọn ô Q n và Q s là CPICH RSCP hoặc E c /I 0 của ô đang phục vụ. T reselection trễ chọn lại ô: UE chỉ chọn lại ô một khi ô này có cấp hạng tốt hơn ô đang phục vụ trong khoang thời gian T reselection . 2.3.3.2 Quản lý di động trong trạng thái CELL-DCH của chế độ RRC-CONNECTED: chuyển giao Trong chế độ trạng thái Cell-DCH của chế độ RRC-Connected di động sẽ được thực hiện bằng chuyển giao mềm (thay đổi tập tích cực) hoặc chuyển giao cứng do mạng điều khiển. Trong khi GSM chỉ có thể thực hiện chuyển giao cứng thì WCDMA có thể thực hiện ba kiểu chuyển giao: (1) chuyển giao mềm, (2) chuyển giao mềm hơn và (3) chuyển giao cứng. 2.4 Quản lý tính di động trong HSPA 2.4.1 Các trạng thái 3G UMTS với HSDPA/HSUPA của UE Trong chế độ rỗi, sau khi UE bật nguồn, nó chọn một mạng di động để kết nối. UE chọn một ô thích hợp của mạng này để nhận được các dịch vụ từ nó và điều chỉnh đến kênh điều khiển và cắm trại tại ô này. Trong trạng thái rỗi UTRAN không thông tin về UE, mạng chỉ có thể tìm được UE qua tìm gọi và UE phải giám sát tìm gọi. Trong chế độ kết nối, UE có bốn trạng thái. [...]... Quality: chất lượng thu tín hiệu tham chuẩn) 3.4 Quản lý di động trong LTE Mục tiêu của LTE là đảm bảo di động suôn sẻ trong khi vẫn duy trì quản lý mạng đơn giản 3.4.1 Quản lý di động trong chế độ rỗi 3.4.1.1 Tổng quan UE chọn một ô phù hợp của PLMN (mạng thông tin di động) được chọn dựa trên các kết quả đo Thủ tục này được gọi là chọn ô UE bắt đầu thu các kênh quảng bá của ô này và tìm xem có ô nào phù... và đánh giá về khả năng quản lý di động trong mạng LTE 19 Để quản lý được UE thì mạng phải thực hiện chuyển giao, các quá trình chuyển giao được dựa trên các kết quả đo của UE và được gửi đến ENodeB để đưa ra quyết định chuyển giao Quá trình chuyển giao càng nhanh thì khả năng quản lý di động càng trở lên dễ dàng hơn Mạng LTE có khả năng quản lý tính di động vượt trội so với các thế hệ mạng trước:... trì ngay cả khi di chuyển tốc độ cao Di động là một đặc tính rất quan trọng trong hệ thống thông tin di động nó đem lại tính liên tục của kết nối khi đang di chuyển ở tốc độ chậm, tốc độ cao có thể lên tới 350km/h Tất nhiên di động cũng phải trả giá bằng mức độ phức tạp của mạng các giải thuật mạng và quản lý mạng trở nên phức tạp Mục tiêu của mạng LTE đảm bảo được tính di động liền mạch trong khi vẫn... trong khi vẫn duy trì khả năng quản lý mạng đơn giản Trong khuôn khổ của luận văn này em chỉ mong muốn đưa ra những vấn đề cơ bản về các quá trình chuyển giao trong mạng LTE so với các mạng đang sử dụng hiện tại, để thấy được khả năng chuyển giao nhanh và linh hoạt của mạng LTE Đó chính là yếu tố quan trọng giúp mạng LTE có khả năng quản lý di động vượt trội so với các thế hệ mạng trước Đây là kết quả của... 3.2 Ngăn xếp giao thức giao di n vô tuyến của LTE 3.2 Các trạng thái LTE UE Trong LTE UE có thể có hai bộ máy trạng thái đầu cuối, các bộ máy trạng thái này không chỉ được duy trì trong UE mà cả trong mạng Bộ máy thứ nhất được đặt tại lớp RRC và được duy trì trong eNodeB, bộ máy thứ hai được đặt tại lớp MM (Mobility Management: quản lý di động) và được duy trì tại S-GW trong mạng lõi Tại lớp RRC có hai... tiếp với EnodeB và các EnodeB cũng đươc kết nối với nhau + Trong LTE chỉ có chuyển giao cứng nên sẽ đỡ tốn tài nguyên hơn Luận văn này nghiên cứu khả năng chuyển giao từ LTE tới các mạng di động hiện tại và trong mạng LTE Chuyển giao về mạng 2G, 3G cần phải được coi trọng vì 2 mạng này đang phổ biến Tuy nhiên sẽ tập trung vào việc chuyển giao sang mạng 3G vì là mục có mức ưu tiên cao hơn Luận văn đưa ra... PDU trong MAC-hs trong ô nguồn, sau đó các PDU này được khôi phục lại thông qua phát lại của các lớp cao hơn, chẳng hạn các phát lại RLC 11 CHƯƠNG 3 - QUẢN LÝ DI ĐỘNG TRONG MẠNG LTE 3.1 Các Giao Thức Trên Giao Di n Vô Tuyến LTE So sánh với mô hình OSI (Open System Interconnection: kết nối hệ thống mở) ta thấy RRC nằm trong OSI L3 (L3: Layer 3); PDCP, RLC và MAC là ba lớp con của OSI L2 và PHY nằm trong. .. chuyển giao điển hình Còn các yếu tố thương mại, các yêu cầu của nhà mạng và người dùng về tính di động liên tục sẽ được nghiên cứu dựa trên các mô phỏng và các kết quả trong thực tế khi được triển khai 20 KẾT LUẬN Để duy trì lợi thế cạnh tranh của mình của các mạng di động trong tương lai, 3GPP đã bắt đầu làm việc trên công nghệ LTE LTE là công nghệ gói tối ưu dành cho truy nhập vô tuyến với độ trễ... lại ô trong cùng một tần số Để UE có thể quyết định xem có thể đảm bảo chất lượng tốt hay không mạng ấn định cho mỗi tần số hoặc RAT một mức ngưỡng (Threshx,high) cần được đảm bảo trước khi thực hiện chọn lớp này 15 3.4.1.3 Quản lý vị trí đầu cuối di động Khi tích cực, vị đầu cuối được biết chính xác đến mức ô, vì mạng cần phản ứng nhanh với sự thay đổi vị trí của đầu cuối Trong trường hợp này di động. .. lập hay không 12 Trong trạng thái RRC-IDLE, UE giám sát kênh tìm gọi và phát hiện các cuộc gọi vào, nhận thông tin hệ thống và thực hiện đo đạc các ô lân cận cũng như chọn/ chọn lại ô Tại mức lõi, bộ máy trạng thái MM quản lý ba trạng thái LTE: Rời mạng (LTE- Detached), tích cực (LTE- Active) và rỗi (LTE- Idle) 3.3 Các tiêu chí chọn lại ô, chuyển giao trên giao di n vô tuyến  Đo của UE Trong hệ thống tổ . ra chuyển giao giữa các ô được phân loại như sau: - Chuyển giao trong BSC - chuyển giao giữa hai BSC cùng thuộc một MSC 5 - Chuyển giao giữa hai BSC thuộc hai MSC lần thứ nhất - Chuyển. Trong khi GSM chỉ có thể thực hiện chuyển giao cứng thì WCDMA có thể thực hiện ba kiểu chuyển giao: (1) chuyển giao mềm, (2) chuyển giao mềm hơn và (3) chuyển giao cứng. 2.4 Quản lý tính di. Các chuyển giao trong E_UTRAN được xây dựng trên các nguyên tắc sau:  Các chuyển giao được mạng điều khiển. E_UTRAN quyết định khi nào thì chuyển giao và chuyển giao đến ô đích nào.  Chuyển